基于傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

　　傳感器原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)由一些分立元件組成的電路和指針式儀表構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往不是很穩(wěn)定，而且以電流、電壓形式顯示的結(jié)果不是很直觀。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，將傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的輸出送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示與數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，已成功地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，且效果良好。

　　l 總體設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

　　該系統(tǒng)采用PCIl711數(shù)據(jù)采集卡作為PC機(jī)與傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間的接口。

　　2 系統(tǒng)介紹

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用Visual Basic 6．0實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠?qū)SY傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)、處理以及圖形顯示等操作。參數(shù)設(shè)定設(shè)置實(shí)驗(yàn)名稱、操作學(xué)生信息。數(shù)據(jù)采集分單次采集，連續(xù)采集2種。數(shù)據(jù)顯示分簡(jiǎn)單顯示和線性擬合顯示2種。其他有數(shù)據(jù)打印、存儲(chǔ)等。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　3 信號(hào)采集程序設(shè)計(jì)

　　選中“數(shù)據(jù)采集”，將出現(xiàn)如圖3所示窗體。窗體提示將要選擇采集數(shù)據(jù)的方式，是單次數(shù)據(jù)采集或是連續(xù)數(shù)據(jù)采集。單次數(shù)據(jù)采集窗體功能實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖4所示。連續(xù)數(shù)據(jù)采集方式和單次數(shù)據(jù)采集基本相似，只是在單次數(shù)據(jù)采集程序的基礎(chǔ)上加上一個(gè)FOR循環(huán)。

　　4 數(shù)據(jù)顯示

　　數(shù)據(jù)顯示有2種：一是將數(shù)據(jù)顯示在文本框中；二是將數(shù)據(jù)顯示在坐標(biāo)中，并進(jìn)行線性化處理。

　　4．1 數(shù)據(jù)在文本框中顯示

　　數(shù)據(jù)在文本框中是一個(gè)個(gè)以順序的形式顯示的。要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在文本框中顯示比較簡(jiǎn)單，但是要解決的問(wèn)題是如何將文本框中的數(shù)據(jù)的每一行讀取出來(lái)。win-dows API提供有讀取TextBox第N行的功能，在實(shí)現(xiàn)文本框中的每一行數(shù)據(jù)的讀取后，再把每一行的值賦給MSFlexGrid控件的TextMatrix屬性，做一個(gè)FOR循環(huán)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)采集卡數(shù)據(jù)的圖表顯示。
4．2 數(shù)據(jù)顯示在坐標(biāo)中

　　繪制實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)曲線是為了實(shí)時(shí)觀測(cè)，以便掌握實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)變動(dòng)的趨勢(shì)，使曲線顯示效果達(dá)到最佳。繪制曲線前要將需要的繪圖范圍及坐標(biāo)軸的尺寸刻度設(shè)定好，然后根據(jù)速度測(cè)量結(jié)果及采集時(shí)間繪制實(shí)時(shí)測(cè)量曲線。

　　首先設(shè)置坐標(biāo)軸與網(wǎng)格。新建Form，將屬性name設(shè)為lanxu，在窗體上添加控件Picturebox作為趨勢(shì)圖的顯示容器，在Pict．urebox上繪制坐標(biāo)軸（在后面的坐標(biāo)第繪制部分將講到），橫坐標(biāo)軸是位移量，利用控件將z軸分為20格，每格代表移動(dòng)0．5 mm，將．y軸分為10格，每格代表電壓1 V。

　　在做好上述步驟的基礎(chǔ)上，利用Picturebox的Line方法得到如圖5所示的較為理想的實(shí)時(shí)曲線繪制效果。

　　5 數(shù)據(jù)線性化處理

　　根據(jù)最小二乘法原理，解下面的聯(lián)立方程就可以求出a，β等的估計(jì)值。

　　由于在實(shí)踐中大量存在線性關(guān)系，在小范圍內(nèi)非線性關(guān)系又可以近似為線性關(guān)系，所以用正規(guī)方程求待定參數(shù)的一個(gè)常見(jiàn)的特例就是回歸為線性，即求出關(guān)系式：y=a+βx中a，β的情況。解下式：

　　其擬合功能實(shí)現(xiàn)如下：

　　經(jīng)過(guò)擬合后的圖形如圖6所示。

　　6 結(jié) 語(yǔ)

　　基于傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器實(shí)驗(yàn)過(guò)程清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能夠了解數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)和浮動(dòng)范圍等。在對(duì)數(shù)據(jù)處理顯示的同時(shí)也可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。系統(tǒng)不僅可以完成傳感器的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，還可以完成簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)的可靠性和精確性。通過(guò)學(xué)生使用證明，它可以很好地對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理以及顯示等功能的實(shí)現(xiàn)，可以很好地完成多門課程的實(shí)驗(yàn)。

　　根據(jù)一組測(cè)量數(shù)據(jù)求回歸方程的具體做法主要包括以下2個(gè)方面：首先確定數(shù)學(xué)表達(dá)式即回歸方程的類型；其次，確定回歸方程的及常數(shù)項(xiàng)α、β等數(shù)值。這里采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬和。